车辆太阳能辅助供电系统*

王二阳 李俊 郝亮 孟久昌 郑利民

（辽宁工业大学汽车与交通工程学院）

将太阳能应用于汽车可以减少环境污染，缓解能源危机。传统车辆的供电设备包括蓄电池和发电机2 种，在实际运行过程中，发电机为蓄电池和供电设备供电，一旦运行过程中发电机发生故障，车辆运行的实际效果会大大受到影响，例如引起燃油燃烧不充分从而导致排放污染物增加和续驶里程变短等现实问题。因此开发一种应急供电系统很有必要。文章采用STC89C52RC 作为微处理器，开发了一种车辆太阳能辅助供电系统，通过软硬件的选择及编译，实现了太阳能充放电实时智能化控制，可以起到对传统车辆供电系统实时监测预警的作用，保证了车辆用电系统的使用安全性，同时减轻了驾驶员行驶过程中人为监测并判断的负担，保证了驾驶员的驾驶舒适性和行车的安全性。

1 系统总体设计

车辆太阳能辅助供电系统主要由以下部分组成：

1）STC89C52RC 最小系统：系统的微控制器；

2）ADC0809CCN 模数转换芯片：用于将蓄电池电压值变化的模拟量转换成数字量供控制器读取[1]；

3）LCD1602 液晶显示模块：首先显示车辆太阳能辅助供电系统的相关信息，然后显示当前蓄电池电压和其工作状态，同时还具有发电机故障标志显示功能；

4）大功率可调降压电源模块：采用非隔离方式的大功率可调降压模块，能够实现可调恒压恒流充电，广泛应用于蓄电池充电、车载电源及稳压电源等场合；

5）1 路继电器控制模块：系统通过继电器模块控制蓄电池充电电路的通断，保证蓄电池的使用寿命，同时延长汽车一定的行驶里程；

6）蓄电池：汽车启动或怠速运转时需要蓄电池给车上用电设备供电；

7）供电模块：采用5 V 锂电池独立供电，保证系统的正常运转；

8）语音报警模块：当发电机出现故障或检测到蓄电池电压值过高，系统均会发出语音报警，另外，当蓄电池欠压时，会有短暂的警报发出，提醒驾驶员应当立即检修蓄电池或发电机；

9）传感器信号采集电路：主要进行蓄电池的分压，保证其电压值在可检测范围内。

当汽车发电机发生故障时，系统开始工作，控制器通过ADC0809CCN 模数转换芯片采集数据，经处理得到蓄电池电压，使其实时显示在LCD1602 液晶显示屏上。当蓄电池电压在预设值范围内时，驱动继电器模块接通，太阳能电池板开始向蓄电池供电，同时会报警提醒驾驶员发电机出现故障[2-3]；当检测到的蓄电池电压高于上限或低于下限时，控制器断开继电器模块，使太阳能电池板无法向蓄电池供电，实现了对蓄电池欠压、过压和短路的保护[4]。系统总体架构，如图1所示。

图1 太阳能辅助供电系统总体架构

2 系统硬件设计

系统硬件平台主要包括微控制器最小系统、电源模块、LCD1602 液晶显示模块、大功率可调降压电源模块、1 路继电器控制模块等[5]。其硬件平台框图，如图2所示。

图2 太阳能辅助供电系统硬件设计框图

3 系统软件设计

本系统采用嵌入式C 语言在Keil uVision3 集成开发环境中进行代码编写，然后编译成.Hex 机器码文件，运行于宏晶科技公司（STC）生产的基于MCS-51 内核的增强型STC89C52RC 微处理器，例如：STC89C52RC，STC8A8K64S4A1，2STC15W4K32S4，STC23C5A60S2 等嵌入式芯片上。此外还包括1602 液晶显示屏、蜂鸣器、发电机电压信号传感器等外围电子模块。

基于ADC0809CCN 的车辆太阳能充放电辅助管理系统共包含六大功能模块：系统初始化模块、LCD 液晶显示模块、传感器信号采集模块、稳压模块、继电器控制模块及语音报警模块。系统上电首先进行各个硬件的初始化操作，然后通过电压信号采集模块进行蓄电池的电压信号采集，将采集到的电压信号转换为电信号发送给单片机控制单元，同时在LCD 液晶显示模块上实时显示蓄电池电压。此外，车辆太阳能充放电辅助管理系统还检测发电机工作信号，在检测到发电机故障时启动继电器控制开关，开始对蓄电池进行紧急充电，保证汽车能够继续行驶一定的里程到达附近的维修站。当蓄电池处于高压状态时，蜂鸣器发出警报，并通过继电器控制模块的断开切断电路，实现对蓄电池的保护，同时还防止了高压的蓄电池在给负载供电时烧毁负载。系统还在稳压模块输出端设置了一个整流二极管，防止蓄电池对太阳能电池板进行倒灌，达到保护系统电路的目的[6]。系统总的运行流程，如图3所示。

图3 太阳能辅助供电系统运行流程图

4 结论

汽车具有交流发电机和蓄电池两大供电设备。蓄电池用来给用电系统供电（起动系统、点火系统和燃油喷射系统等），以保证汽车顺利起动；汽车在正常行驶过程中，由交流发电机给相关的用电系统供电（除了起动系统外），保证汽车正常行驶。如果蓄电池没电或者在严寒地区蓄电池发电不足以及发电机运行过程中出现了故障，都会导致汽车不能正常运行。鉴于此，本项目利用太阳能装置实时监测蓄电池电压的变化情况，智能化判断两大供电设备的工作状态，如果检测出故障，启动这套系统将存储的太阳能转化为电能来实时地为蓄电池供给能量，可以保证汽车顺利、正常地起动和继续行驶。同时，在停车后驾驶员离车状态下，也可实时监测蓄电池状态，提醒驾驶员及时对没电的蓄电池进行更换处理，避免耽误出行。该系统将来不仅可应用于传统车辆能源的升级改造，同时还可以向新能源汽车拓展，对于供电系统使用安全性的实时监测具有很好的指导作用，并具有良好的推广价值。